C5116A立式车床的PLC控制.doc

论文题目：C5116A立式车床的PLC控制 目 录一 绪 论31.1 PLC的介绍31.2 C5116A单柱立式车床的概述31.3 本文的内容4二 系统控制过程分析52.1 C5116A型单柱立式车床的控制过程52.2 C5116A型单柱立式车床的动作流程图6三 立式车床控制系统设计73.1 控制系统PLC的选型73.2 系统I/O分配表83.3 系统的电路设计113.4 编写PLC梯形图173.5 系统调试22四 总 结23参考文献24致 谢25一 绪 论1.1 PLC的介绍PLC可编程逻辑控制器，一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境应用而设计的。可编程控制器称作可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller)，简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。PLC以它的高可靠性和易操作性，主导了工控行业数十年，它将继续存在且壮大下去。并在越来越多的行业中应用。1.2 C5116A单柱立式车床的概述 C5116A单柱立式车床由立柱、工作台及底座、十六级变速箱、横梁、垂直刀架、侧刀架、进给箱、横梁升降机构组成。该机床是万能型机床，它的控制的核心是： 1、对工作台（卡盘或主轴）的起动、停止、变速，采用PLC控制； 2、横梁的升降采用PLC控制； 3、垂直刀架运动、侧刀架运动两部分采用传统的继电器、接触器控制。图1-1 C5116A型单柱立式车床1.3 本文的内容本文主要内容是：1、 分析C5116A型单柱立式车床的工作过程；2、 选用PLC的型号及其各个功能模块；3、 设计控制系统的硬件连接电路，并且为系统分配I/O端口；4、 利用PLC顺序控制设计法，编写PLC的梯形图；5、 对梯形图程序进行调试。二 系统控制过程分析2.1 C5116A型单柱立式车床的控制过程 机床全部可动部位分别由七台三相交流电动机拖动，分别是油泵电动机、工作台（卡盘）旋转拖动电动机、横梁升降拖动电动机、垂直刀架的快速移动与进给移动拖动电动机。 1、工作台（卡盘）起动、停止的控制 为避免工作台电动机起动时对车间供电电源的冲击，控制线路采用Y变换的降压起动。首先须起动油泵电动机，油泵正常转动后，信号灯HL1亮，标志机床液压和润滑系统正常，可以起动机床其它部位。工作台可实现正方向（顺时针方向转动）点动，反方向（逆时针方向转动）点动，正方向（顺时针方向转动）长动。点动为电动机处于Y接状态，按下按钮时电动机运转，工作台转动，不按时电动机停转，并处在自由停止状态，工作台就会慢慢停止下来。长动时电动机进行Y降压起动，即电动机先处于Y接状态，10s后Y接接触器脱开，接接触器吸合，电动机处于接状态运转，工作台正常运转。 工作台停止控制采用能耗制动，操作方式采用手动控制制动时间，即按压停止按钮时间为电动机制动时间，松开按钮制动被解除。此时如始终按压工作台电动机停止按钮，电动机就一直处在制动状态，则工作台就会很快停下来，如按压工作台电动机停止按钮瞬间后就松开，则电动机就处在自由停车状态，则工作台停止所用时间就会拖长。 2、工作台（卡盘）变速的控制 机床使用液压来实现工作台的变速，变速箱由油缸推动交换齿轮实现十六级的变换。而推动齿轮的油缸工作所需的液压油由电磁阀的通断来控制。 3、横梁升降的控制 机床横梁可沿床身导轨作上下移动，且根据行程要求设有终点限位开关，横梁移动操作只作点动，且必须在工作台停止状态下才能作上下移动。由于横梁是被液压油缸通过杠杆放大，将横梁牢固的夹紧在立柱上，因此如果要移动横梁，必须首先使其放松，且要放松到位才能运动。 4、垂直刀架的控制 垂直刀架的移动方式分为快速运动和进给运动两类，它们分别由两台三相交流电动机拖动，进给运动分为“档”和“档” ，而且必须在工作台正方向长动过程中才能运动。刀架的运动方向分为上下左右，由十字开关选择。为在加工过程中实现对工件的手动“赶工” ，在操作上设有转换开关，需要赶紧刀时将此转换开关所控制的制动离合器断开，即可实现一个方向由电动机拖动，另一个方向用手搬动机械操作手柄完成。2.2 C5116A型单柱立式车床的动作流程图 车床的动作流程图如图2-1所示。图2-1 车床的动作流程图三 立式车床控制系统设计 立式车床的控制的核心是对工作台（卡盘）的起动、停止、变速，横梁的升降两部分采用PLC控制；而对垂直刀架运动、侧刀架运动两部分采用传统的继电器、接触器控制。3.1 控制系统PLC的选型对于本立式车床, 根据系统所要实现的功能及控制要求，计算所需要的I/O点数。输入输出点数是PLC组成控制系统时所能接入的输入输出信号的最大数量，表示PLC组成系统时可能的最大规模。1、PLC的输入点有： （1）急停按钮：用于紧急状态时停止整台机床的电源； （2）油泵的起动、停止按钮：用于控制油泵的起动、停止； （3）油泵过载保护装置：当油泵电机过载时，自动切断油泵的控制线路电源，起到保护油泵的作用； （4）油压保护装置：当油压未达到设计的压力时，自动切断油泵的控制线路电源，要求操作者检查油量、油路后重新起动机床。 （5）卡盘正方向点动、反方向点动、正方向长动、停止按钮：用于控制卡盘电机的起动、停止； （6）卡盘电动机过载保护装置：当卡盘电动机过载时，自动切断卡盘电动机的控制线路电源，起到保护电动机的作用； （7）卡盘变速起动按钮：用于起动的卡盘变速； （8）卡盘变速锁杆行程开关：用于检测变速是否完成； （9）卡盘变速信号指令：共4个，用于给出十六级变速各级对应的信号； （10）横梁上升、下降按钮：控制横梁上升、下降； （11）横梁上极限位、下极限位限位开关：当横梁到达上极限位或下极限位时，自动切断横梁电动机的控制线路电源，使横梁不超程。 2、PLC的输出点有： 油泵接触器线圈、卡盘电机正转接触器线圈、卡盘电机反转接触器线圈、卡盘电机Y型联接接触器线圈、卡盘电机型联接接触器线圈、卡盘电机能耗制动(直流侧)接触器线圈、卡盘电机能耗制动(交流侧)接触器线圈、油泵信号灯、卡盘变速信号灯、横梁电动机上升接触器线圈、横梁电动机下降接触器线圈、控制变速箱各轴齿轮动作的电磁阀（4只）、控制变速锁杆动作电磁阀、控制横梁夹紧液压放松电磁阀。 计算结果得到，立式车床共需22个输入点和17个输出点。综合经济性能及可靠性等几大因素，选用三菱公司高性能小型机的代表作FX2N48MR为系统主控机。它属继电器输出型，输入输出点数各（24V DC）为24，扩展模块最大I/O点数为32。可以根据需要配置I/O扩展单元。3.2 系统I/O分配表PLC程序的地址码分为输入部分、输出部分以及定义程序中各延时时间继电器的作用三个部分，各部分具体如下： (1)输入部分：表2 PLC程序输入部分地址码地址码受控制对象用途备注X000SB1急停按钮X001SB2油泵起动按钮X002SB3油泵停止按钮X003FR1油泵过载保护X004SL1油压保护X005SB4卡盘正方向点动按钮X006SB5卡盘反方向点动按钮X007SB6卡盘正方向长动按钮X010SB7卡盘停止按钮X011FR2卡盘电动机过载保护X012SB8卡盘变速起动按钮X013SQ1卡盘变速锁杆行程开关X014SA-1卡盘变速信号指令X015SA-2卡盘变速信号指令X016SA-3卡盘变速信号指令X017SA-4卡盘变速信号指令X020SB9横梁上升按钮X021SB10横梁下降按钮X022SQ2横梁上极限位限位开关X023SQ3横梁下极限位限位开关X024SQ4横梁夹紧液压放松到位开关X025FR3横梁电动机过载保护(2)输出部分:表3 PLC程序输出部分地址码地址码控制对象用途备注Y000KM1油泵接触器线圈Y001KM2卡盘电机正转接触器线圈Y002KM3卡盘电机反转接触器线圈Y003KM4卡盘电机Y型联接接触器线圈Y004KM5卡盘电机型联接接触器线圈Y005KM6卡盘电机能耗制动(直流侧)接触器线圈Y006KM7卡盘电机能耗制动(交流侧)接触器线圈Y007HL1油泵信号灯Y010HL2卡盘变速信号灯Y011KA3中间继电器3控制变速轴电磁阀YV3Y012KA4中间继电器4控制变速轴电磁阀YV4Y013KA5中间继电器5控制变速轴电磁阀YV5Y014KA6中间继电器6控制变速轴电磁阀YV6Y015KA2中间继电器2控制变速锁杆电磁阀YV1Y016KA7中间继电器7控制横梁夹紧液压放松电磁阀YV2Y017KM8横梁电动机上升接触器线圈Y020KM9横梁电动机下降接触器线圈(3)PLC程序中各延时时间继电器的作用:表4 PLC程序中各延时时间继电器的作用地址码控制对象用途延时时间T0KT1卡盘电机Y型联接接触器线圈转换延时时间10sT1KT2卡盘电机Y型联接接触器线圈消弧时间1sT2KT3卡盘电机型联接接触器线圈消弧时间1sT3KT4卡盘电机能耗制动(交流侧)接触器线圈延时接通时间1sT4KT5卡盘电机能耗制动(直流侧)接触器线圈消弧时间1sT5KT6卡盘电机最大能耗制动(直流侧)接触器线圈接能时间15sT6KT7卡盘变速伺通接通时间1sT7KT8卡盘变速伺通断开时间3sT10KT9卡盘变速锁杆放松时间（电磁阀YV1接通时间）13sT11KT10机床油压加压延时时间10sT12KT11机床油压失压延时时间30s3.3 系统的电路设计1、工作台（卡盘）的起动、停止电路 工作台电动机采用Y200L-4-B3型，30KW, 50Hz, 380V,56.8A,1470r/min的三相异步电动机，而油泵电动机采用Y90L-4-B5型，1.5KW, 50Hz,380V,3.7A, 1400r/min三相异步电动机。主电路电路图如图3-1所示。控制方式采用PLC控制其PLC控制的系统电路图如图3-2所示。图3-1 工作台电动机主电路电路图图3-2 工作台（卡盘）电动机起动、停止的PLC控制电路图2、 工作台（卡盘）的变速电路 工作台（卡盘）的变速使用液压来实现变速，变速箱由变速油缸推动交换齿轮实现十六级的变换，其十六级的各电磁阀的动作状态如下表1所示，因而，其PLC控制的系统电路图如图3-3。表1 十六级变速各电磁阀的动作状态表电磁阀YV3YV4YV5YV65-+6.3+8-+10+-+12.5-+-+16+-+20-+25+-+32-+-40+-50-+-63+-+-80-+-100+-125-160+-注:“+”表示电磁阀接通,“-”表示电磁阀断开。图3-3工作台（卡盘）变速的PLC控制电路图3.、横梁升降电路 横梁电动机采用Y112M-6-B5型2.2KW, 50Hz, 380V, 5.6A, 940r/min的三相异步电动机。控制方式采用PLC控制，其PLC控制的系统电路图如下图3-5。图3-4 横梁升降电动机主电路电路图图3-5 横梁升降电动机PLC控制电路图4、垂直刀架电路 垂直刀架的快速移动电动机采用Y90L-4-B5型1.5KW, 50Hz, 380V,3.7A, 1400r/min的三相异步电动机，而垂直刀架的进给运动电动机采用YD100L1-6/4-B5型，1.3/1.8KW, 50Hz, 380V,3.8/4.4A, 940/1440r/min三相异步电动机。控制方式采用传统的继电器、接触器控制，其继电器、接触器线圈动作的控制电路图如图3-6,电磁阀线圈的控制电路图如图3-7，垂直刀架电磁阀线圈控制电路图如图3-8。图3-6 垂直刀架电动机主电路电路图图3-7 垂直刀架电动机继电器、接触器线圈控制电路图图3-8 垂直刀架电磁阀线圈控制电路图3.4 编写PLC梯形图 编写梯形图程序，程序如下：3.5 系统调试PLC程序编好之后，先将编好的程序在电脑上进行仿真，在确定无误之后，再将程序下载到PLC中，进行调试，如果相关控制运行状态发生了变化，可先检查I/O开关量的电路连线是否正确。检查无误后在进行调试，调试无误后，立式车床的安装调试就完成可以正常使用。调试过程中，把系统整体分为几个部分进行调试：一、油泵控制（0至14）；二、卡盘控制（18至157），卡盘控制细分为：1、卡盘Y控制（18至93），2、卡盘制动控制（101至109）；3、卡盘变速控制（114至157）；三、横梁控制（160至184）。四 总 结 PLC 构成的立车系统成为目前的典型设计模式，得到广泛的应用。车床在可靠性、节能和运行效率等方面与传统的立式车床相比有了很大提高。使用了PLC控制，减少了大量的中间继电器和时间继电器，简化了控制电路，降低了系统的故障发生率，同时车床的维修也更方便。参考文献1. 可编程序控制器应用实训（三菱机型） ，作者： 苏家健 ， 顾阳 主编出 版 社： 电子工业出版社 ；出版时间：2009-1-1。2 三菱FX系列PLC基础及应用. 作者： 韩晓新 主编，出 版 社： 机工业出版社 ，出版时间：2010-8-1 3 电气控制与PLC应用，作者： 陶亦亦 主编， 吴倩 ， 陆春元 副主编，出 版 社： 清华大学出版社 ，出版时间：2010-10-14 现代电气控制及PLC应用技术（第2版），作者： 王永华 编著，出 版 社： 北京航天航空大学出版社 ，出版时间：2008-2-15 PLC控制程序精编108例，作者： 王阿根 编著，出 版 社： 电子工业出版社 ，出版时间：2009-12-16 PLC基础及应用，作者： 廖常初 主编，出 版 社： 机械工业出版社 ，出版时间：2010-2-17 三菱FX系列PLC应用技术，作者： 龚仲华 编著，出 版 社： 人民邮电出版社 ，出版时间：2010-10-1 致 谢在完成论文的过程中，老师给我提供了很多帮助，为我选定论文题目，提出宝贵意见，也帮我理清了思路，让我能够更顺利的完成论文。在完成论文之际，我在此衷心地感谢老师对我的论文的指导。